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Dokumentenidentifikation DE69518417T3 01.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000759827
Titel SCHNEIDEINSATZ MIT ECKEN DIE VERSCHIEDENE RADIUSSEGMENTE HABEN
Anmelder Sandvik Intellectual Property HB, Sandviken, SE
Erfinder WIMAN, Jörgen, S-811 52 Sandviken, SE;
LUNDSTRÖM, Jan, S-811 32 Sandviken, SE
Vertreter Dr. Weber, Dipl.-Phys. Seiffert, Dr. Lieke, 65183 Wiesbaden
DE-Aktenzeichen 69518417
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.05.1995
EP-Aktenzeichen 959203464
WO-Anmeldetag 17.05.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/SE95/00557
WO-Veröffentlichungsnummer 0009532071
WO-Veröffentlichungsdatum 30.11.1995
EP-Offenlegungsdatum 05.03.1997
EP date of grant 16.08.2000
EPO date of publication of amended patent 07.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse B23B 27/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B23C 5/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz für Metall, welcher in erster Linie zum Drehen vorgesehen ist, entsprechend dem Oberbegriff eines der Ansprüche 1 bis 3, wie er außerdem aus beispielsweise der US-A-4,340,324 bekannt ist. Weitere Einsätze dieser Art werden in der WO 95/00272 und der US 4,681,488 offenbart.

Bei allen Arten von Drehen gibt es ein gewisses Zusammenspiel zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und dem Eckenradius, wobei letzterer die Verbindung zwischen der Hauptschneidkante und der Nebenschneidkante darstellt. So sollte für die Grobbearbeitung der größtmögliche Eckenradius gewählt werden, um eine starke Schneidkante zu erzielen. Auf der anderen Seite kann ein zu großer Eckenradius Vibrationen erzeugen. Daher wird für das Feindrehen üblicherweise ein kleinerer Eckenradius, normalerweise stets kleiner als 2 mm, gewählt. Der Nachteil bei einem kleineren Eckenradius ist, daß er die Abnutzungsgaschwindigkeit des Einsatzes erhöht, wodurch sich die Haitbarkeit und die Leistung verschlechtern. Die auf dem Werkstück erreichte Oberflächenglätte wird besonders durch das Zusammenspiel zwischen dem Eckenradius und der Vorschubgeschwindigkeit beeinflußt.

Der Eintrittswinkel wird als der Winkel zwischen der Hauptschneidkante und der Beschickungsrichtung beschrieben. Dieser Winkel hat einen wesentlichen Einfluß auf das Verhältnis zwischen den verschiedenen Schnittkraftkomponenten, und dadurch auch auf die Oberflächenglätte und Abmessungsgenauigkeit. Der Rückfreiwinkel ist der Winkel zwischen der zweiten Schneidkante und der Beschickungsrichtung und beeinflußt die Glätte der gedrehten Oberfläche. Es ist offensichtlich, daß es für einen speziellen Einsatz nicht möglich ist, den Eintrittswinkel zu verändern, ohne gleichzeitig den Rückfreiwinkel zu wechseln. Auf diese Weise sind die Oberflächenglätte und Abmessungsgenauigkeit sehr sensibel für Veränderungen des Eintrittswinkels.

Ein grundlegendes Problem bei allen Drehvorgängen ist, daß die gewünschte Glätte nicht erreicht wird. Manchmal kann die Oberflächenglätte durch die Verwendung höherer Schneidgeschwindigkeiten und neutrale oder psitive Spanwinkel verbssert werden. Die Empfindlichkeit hinsichtlich der Einstellung des Eintrittswinkels bleibt jedoch bestehen.

Die U.S. Patentschrift Nr. 4,340,324, ausgestellt für James F. McCreery am 20. Juli 1982 mit dem Titel "Schneideinsatz", beschreibt einen Schneideinsatz mit runden Ecken. Die Eckenschneidkante hat einen festen Radius, welcher, wie oben beschrieben, zur Bildung einer unerwünscht welligen Oberfläche auf dem Werkstück führt.

So ist es ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, die Glätte der bearbeiteten Oberfläche zu verbessern.

Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Empfindlichkeit eines Drehschneideinsatzas im Verhältnis zu dem positionierten Eintrittswinkel zu verringern.

Diese und andere Ziele sind auf überraschende Weise durch die Bildung eines Drehschneideinsatzes mit einer speziell zusammengestellten Abfolge von Eckenradian mit der Kombination der Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 3 erreicht worden.

Zu Erläuterungszwecken, aber nicht beschränkend, werden nun einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche hiermit vorgestellt werden, wobei

1 eine Seitenansicht von schräg oben auf eine Ecke eines Drahschneideinsatzes gemäß der Erfindung ist. 2 zeigt einen Eckabschnitt eines erfinungsgemäßen Drahschneideinsatzes gerade von oben, wobei die unterschiedlichen Eckradien dargestellt werden.

3 zeigt einen Eckabschnitt eines anderen erfindungsgemäßen Drehschneideinsatzes gerade von oben, wobei die unterschiedlichen Radiean dargestellt werden.

4 zeigt schematisch die unterschiedlichen Radien, waelche gemäß der vorliegenden Erfindung einem Eckabschnitt vorliegen können.

5 zeigt ein Diagramm, aus welchem sich ergibt, wie die Oberflächenglätte des Werkstücks dank der vorliegenden Erfindung bei verschiedenen Vorschüban verbessert wird.

1 zeigt einen Eck- oder Nasenabschnitt eines Drehschneideinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher entweder einseitig oder doppelseitig ist. Er besteht üblicherweise aus Hartmetall, kann aber auch auf verschiedenen Keramikmaterialien hergestellt sein. Wegen der Produktionskosten wird er geeigneterweise direkt gepreßt. Entsprechend dieser Ausführungsform (1) umfaßt jede wirksame Schneidecke an der Oberseite des Einsatzes (und bei doppelseitigen Einsätzen auch an der entgegengesetzten Seite) einen gekrümmten Vorsprung 1, der unserer Schwedischen Patentanmeldung Nr. 9301132-8 (& WO-A-94/22622) entspricht. Unmittelbar mit den Schneidkanten 2 und 2' und auch mit der Eckschneidkante verbunden grenzt ein erster Steg 3 an die Oberseite des Einsatzes an, wobei dieser erste Steg im wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen 4, 4' das Einsatzes und zu der abgerundeten Radiusfläche 5 des Einsatzes steht. Eine Spanfläche 6 fällt von dem primären Steg 3 aus nach unten und nach innen ab. Der gekrümmte Vorsprung 1 geht in die Spanfläche 6 über und überlappt sich mit ihr und begrenzt dadurch einen Eckflächenabschnitt 7. Der Schneideinsatz ist rautenförmig, wobei der in 1 gezeigte Eckenabschnitt einen Gesamteckradius von im wesentlichen 80° hat. Er kann aber auch quadratisch, rechteckig, dreieckig oder seckseckig sein. Wenn er sechseckig ist, kann er auch die Form eines so genannten trigonalen Einsatzes haben.

Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß der Eckradius unterschiedlich ist, was in den 2, 3 und 4 dargestellt ist. Nach einer Reihe von Tests hat diese Unterschiedlichkeit des Eckradius eine überraschend verbesserte Oberflächenglätte der bearbeiteten Oberfläche im Vergleich zu dem gleichen Einsatz mit einem konstanten Radius hervorgebracht, und hat auch den Einsatz deutlich weniger empfindlich im Hinblick auf die Einstellung des Eintrittswinkels gemacht. Die Unterschiedlichkeit kann in bezug auf die Eck-Winkelhalbierende asymmetrisch sein, wobei aber bevorzugt wird, die Eckradienabfolgen auf den beiden Seiten der Eck-Winkelhalbierenden symmetrisch zu machen. Dies führt zu dem entscheidenden Vorteil, daß der Schneideinsatz beim Umwenden symmetrisch wird, wobei das Drehen sowohl linksgängig als auch rechtsgängig mit dem gleichen Einsatz möglich wird, d.h. es können Links- und Rechtshaltevorrichtungen verwendet werden. Weiterhin ermöglicht eine symmetrische Eckgeometrie sowohl ein symmetrisches axiales als auch radiales Drehen.

Um die verschiedenen Eckradien zu erläutern, werden die imaginären Kreissektoren in den 2 und 3 wiedergegeben. Die Schneidecke in 2 hat einen Winkel im wesentlichen von 80° und ist in fünf verschiedene Kreis- oder Zylinderflächen-Segmente 5A, 5B, 5C, 5A' und 5B' unterteilt. Das mittlere Segment 5C hat einen Radius r&egr;. Die beiden Segmente 5B und 5B' haben im wesentlichen den gleichen Radius, welcher mit r2 bezeichnet ist. Auch die Segmente 5A und 5A' haben im wesentlichen den gleichen Radius, welcher mit r3 bezeichnet ist. Für alle erfindungsgemäßen Schneideinsätze gilt, daß r3 > r&egr; > r2

Der geringste Unterschied zwischen zwei Radien sollte 0,1 mm, bevorzugt 0,2 mm und insbesondere 0,3 mm betragen. Solange dieser Minimalunterschied aufrechterhalten wird, können die drei Radien innerhalb recht großer Bereiche variieren, So kann r&egr; zwischen 0,2 und 6 mm, bevorzugt zwischen 0,4 und 3,2 mm und insbesondere zwischen 0,4 und 1,6 mm liegen. Der Radius r2 kann zwischen 0,1 und 4 mm, bevorzugt zwischen 0,2 und 3,2 mm und insbesondere zwischen 0,4 und 1,5 mm liegen. Der Radius r3 kann zwischen 1 und 10 mm, bevorzugt zwischen 2,4 und 10 mm und insbesondere zwischen 4 und 8 mm liegen.

Abhängig von dem Eckradius des Schneideinsatzes können die Bogenwinkel &agr;, &bgr; und &dgr; der imaginären Kreissektoren ebenfalls innerhalb weiter Bereiche variieren. Jedoch sollten im Hinblick auf die gewünschte Umwand-Symmetrie des Einsatzes die Bogerwinkel &dgr; der Segmente 5A und 5A' im wesentlichen gleich groß sein. Das gleiche trifft natürlich auch auf die Bogenwinkel &bgr; zu. Man kann generell sagen, daß der Bogenwinkel &agr; zwischen 1 und 145°, bevorzugt zwischen 5 und 90° und insbesondere zwischen 10 und 40° liegen sollte. Jeder der Winkel &bgr; sollte zwischen 1 und 45°, bevorzugt zwischen 10 und 40° und insbesondere zwischen 15 und 35° liegen. Jeder der Winkel &dgr; sollte zwischen 1 und 90°, bevorzugt zwischen 1 und 15° und insbesondere zwischen 2 und 10° liegen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und insbesondere bei kleineren Spitzenwinkeln (zum Beispiel bei weniger als 80°), sollte auch ein vierter Radius r4 symmetrisch an beiden Seiten der Symmetrielinie der der Schneidecke vorhanden sein. Wie man in 3 sehen kann, befindet sich dieser Radius dann zwischen dem Segment 5A und der Seitenfläche 4 beziehungsweise zwischen dem Segment 5A' und der Seitenfläche 4'. Der Radius r4 sollte mindestens 1 mm kleiner sein als der Radius r3 und liegt geeigneterweise zwischen 0,1 und 5,0 mm, bevorzugt zwischen 0,1 und 2,4 mm und insbsondere zwischen 0,2 und 1,0 mm. Der entsprechende Bogenwinkel &sgr; des Sektors sollte zwischen 9 und 45°, bevorzugt zwischen 5 und 40° und insbesondere zwischen 15 und 35° betragen.

Die Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Kreissegmenten sollten tangential sein. So bedeutet dies zum Beispiel, daß sich die Tangente von Radius r2 am Übergangspunkt zu Radius r3 mit der Tangente von Radius r3 an dem gleichen Punkt deckt. Dies führt zu glatten Radiusübergängen und erhöht die Unempfindlichkeit hinsichtlich der korrekten Einstellung des Einzugswinkels.

4 erläutert die unterschiedlichen Radien, welche zusammengenommen einen modifizierten Eckradius gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Die geraden Linien 2 und 2' bezeichnen die beiden aneinanderliegenden Schneidkanten. In dem Bereich um den Schnittpunkt der Schneidkante und der Symmetrielinie B herum befindet sich r&egr; radial innerhalb des Kreises von Radius r2, wodurch sich zwei Schnittpunkte oder Übergänge zwischen r2 und r&egr;, einer auf jeder Seite der Symmetrielinie, bilden. Zwischen einem solchen Schnittpunkt und der Schnaidkante 2 (oder 2') befindet sich ein weiterer Schnitpunkt oder Übergang, nämlich der zwischen Radius r3 und Radius r2. Die Tangente in dem letztgenannten Punkt bildet einen Freiwinkel &THgr; mit der Schneidkante 2 (oder 2') Dieser Freiwinkel &THgr; liegt geeigneterweise mischen 4 und 29° und bevorzugt zwischen 3 und 7° für rhombische Einsätze oder sogenannte Trigonaleinsätze.

Zum Zwecke der Vergleichbarkeit wurde ein der vorliegenden Erfindung entsprechender Schneideinsatz zusammen mit einem üblichen Drehschneideinsatz mit konstantem Nasenradius getestet und verglichen. Beide Einsätze hatten einen Nasenwinkel von 80°. Der erfindungsgemäße Einsatz hatte die folgenden Daten r&egr; = 0,79 mm &agr; = 24° r2 = 0,65 mm &bgr; = 31° r3 = 4,7 mm &dgr; = 7°

Der bekannte Einsatz hatte einen fortlaufenden Radius r&egr; von 0,79 mm. Beide Schneidsätze hatten eins Spanbrechergeometrie gemäß 1 und einen Freiwinkel von 5°.

Die Ergebnisse bei der Bearbeitung von schwachlegiertem Schweißstahl (SS 2511) sind in dem Schaubild in 5 gezeigt. Die Y-Achse gibt die errechte Oberflächenglätte Ra in um und die X-Achse gibt den Vorschub in mm/Umdrehung wieder. Die Schneidgeschwindigkeit war 180 m/min und die Schneidtiefe war 2 mm. Aus diesem Schaubild ist zum Beispiel ersichtlich, daß der Ra-Wert bei einem Vorschub von 0,8 mm/Umdrehung im wesentlichen halblert wurde. Dies zeigt deutlich die Überlegenheit von Schneideinsätzen mit einer Nasenradiusfolge gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu sonst gleichen Einsätzen, die aber einen konstanten Nasenradius haben. Darüber hinaus hatte im Gegensatz zu dem bekannten Schneideinsatz eine Veränderung des Eintrittswinkels von 91 auf 93° keinen schädlichen Einfluß auf die durch das Drehen mit dem erfindungsgemäßen Einsatz erreichte Oberflächenglätte.

Entsprechend den obigen bevorzugten Ausführungsformen sind doppelseitige Schnsideinsätze beschrieben worden, und daher sind die Seitenflächen 4 und 4' senkrecht zu den oberen und unteren Oberflächen. Es Ist aber offensichtlich, daß, falls der Einsatz einseitig ist, die Flanken- oder Seitenflächen 4 und 4' und die Nasenflächen 5A5C bevorzugt einen spitzen Winkel mit der oberen Oberfläche bilden, wobei der dem bevorzugten Einsatz innewohnende Freiwinkel zwischen 5 und 11° liegt.


Anspruch[de]
  1. Schneideinsatz, welcher in erster Linie zum Drehen vorgesehen ist, mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche, welche im wesentlichen parallel zu der Ebene der oberen Fläche ist, und mit zumindest drei Seitenflächen (4, 4'), welche sich zwischen den oberen und unteren Flächen erstrecken, wobei der Übergang zwischen zwei benachbarten Seitenflächen einen Radius (5) einer abgerundeten Nase bildet, und wobei die Schnittlinien zwischen der oberen Fläche und der Seitenfläche bzw. der den Nasenradius aufweisenden Fläche Schneidkanten bilden, wobei die Schneidkante entlang der Nase in zumindest fünf Kreissegmente aufgeteilt ist und die Segmente (5A5C) zumindest drei unterschiedliche Radien (r3, r&egr; und r2) haben, und wobei benachbarte Segmente immer unterschiedliche Radien haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelhalbierende (B) des Nasenradius ein erstes Segment (5C) schneidet, welches einen ersten Radius (r&egr;) hat, und daß weiterhin auf jeder der Seiten der Winkelhalbierenden ein zweites Segment (5B, 5B') an das erste Segment (5C) anschließt, und daß an dieses zweite Segment ein drittes Segment (5A, 5A') anschließt, wobei die zweiten Segmente einen im wesentlichen gleich großen zweiten Radius (r2) haben und die dritten Segmente einen im wesentlichen gleich großen Radius (r3) haben, wobei das Verhältnis zwischen den Radien der dritten bzw. ersten bzw. zweiten Segmente r3 > r&egr; > r2 beträgt.
  2. Schneideinsatz, welcher in erster Linie zum Drehen vorgesehen ist, mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche, die sich im wesentlichen in einer zur oberen Fläche parallelen Ebene erstreckt, und mit zumindest drei Seitenflächen (4, 4'), welche sich zwischen den oberen und unteren Flächen erstrecken, wobei der Übergang zwischen zwei benachbarten Seitenflächen einen Radius (5) einer abgerundeten Nase bildet, und wobei die Schnittlinien zwischen der oberen Fläche und der Seitenfläche bzw. der den Nasenradius aufweisenden Fläche Schneidkanten bilden, wobei die Schneidkante entlang der Nase in zumindest fünf Kreissegmente aufgeteilt ist und die Segmente (5A5C) zumindest drei unterschiedliche Radien (r3, r&egr; und r2) haben, und wobei benachbarte Segmente immer unterschiedliche Radien haben, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Radiusdifferenz zweier Radien 0,2 mm beträgt.
  3. Schneideinsatz, welcher in erster Linie zum Drehen vorgesehen ist, mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche, die sich im wesentlichen in einer zur oberen Fläche parallelen Ebene erstreckt, und mit zumindest drei Seitenflächen (4, 4'), welche sich zwischen den oberen und unteren Flächen erstrecken, wobei der Übergang zwischen zwei benachbarten Seitenflächen einen Radius (5) einer abgerundeten Nase bildet, und wobei die Schnittlinien zwischen der oberen Fläche und der Seitenfläche bzw. der den Nasenradius aufweisenden Fläche Schneidkanten bilden, wobei die Schneidkante entlang der Nase in zumindest fünf Kreissegmente aufgeteilt ist und die Segmente (5A5C) zumindest drei unterschiedliche Radien (r3, r&egr; und r2) haben, und wobei benachbarte Segmente immer unterschiedliche Radien haben, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Segment (5C) einem Kreissektor mit einem Sektorwinkel (&agr;) zwischen 5 und 90° entspricht, daß die zweiten Segmente (5B, 5B') zwei im wesentlichen gleich großen Kreissektoren entsprechen, die jeweils einen Sektorwinkel (&bgr;) zwischen 10° und 40° haben, und daß die dritten Segmente (5A, 5A') zwei weiteren, im wesentlichen gleich großen Kreissektoren entsprechen, die jeweils einen Sektorwinkel (&dgr;) zwischen 1° und 15° haben.
  4. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Segmente (5B, 5B') einen im wesentlichen gleich großen, zweiten Radius (r2) auf beiden Seiten der Winkelhalbierenden haben und daß daran dritte Segmente (5A, 5A') anschließen, die ebenfalls einen im wesentlichen gleich großen dritten Radius (r3) auf beiden Seiten der Winkelhalbierenden haben.
  5. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Teil der Fläche (5) mit dem Nasenradius, welcher an die Schneidkante entlang der Nase anschließt, entsprechend in zumindest fünf Segmente (5A5C) von Zylinderflächen aufgeteilt ist.
  6. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamthöhe der Fläche (5) mit dem Nasenradius von der oberen Fläche zur unteren Fläche in die vorgenannten Segmente von Zylinderflächen aufgeteilt ist.
  7. Schneideinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Segmente mit einem im wesentlichen gleich großen vierten Radius (r4) zwischen dem dritten Segment (5A, 5A') und der jeweiligen Seitenfläche (4, 4') angeordnet sind.
  8. Schneideinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Radius (r&egr;) zwischen 0,4 und 1,6 mm beträgt, daß der zweite Radius (r2) zwischen 0,4 und 1,5 mm beträgt und daß der dritte Radius (r3) zwischen 4 und 8 mm beträgt.
  9. Schneideinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Radius (r4) zwischen 0,2 und 1,0 mm beträgt und einem Kreissektor mit einem Bogenwinkel (&sgr;) zwischen 15 und 35° entspricht.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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